一個電源芯片廠商擁有了工藝和封裝這兩個法寶，是不是就天下無敵了

“從公司發(fā)展歷程來看，2011~2017 年這一階段，我們稱之為 MPS 3.0，是公司持續(xù)高速增長的一個時期，在傳統(tǒng)的消費(fèi)市場之外，我們開始更多關(guān)注汽車、工業(yè)、服務(wù)器、通信等領(lǐng)域，到 2017 年公司實(shí)現(xiàn)將近 5 億美元的營收。要保持這樣的趨勢，我們提出了一個新的 MPS 4.0 規(guī)劃，希望通過更均衡的發(fā)展，以及除了持續(xù)在目標(biāo)市場加大投入外，還會引入電子商務(wù)等新的商業(yè)模式，幫助公司在未來幾年中保持持續(xù)的高速增長。”MPS 公司全球產(chǎn)品線經(jīng)理孫毅在近日的一次媒體活動上這樣介紹該公司的發(fā)展戰(zhàn)略。

作為一家專注于電源管理芯片的公司，自 2000 年成立以來，MPS 公司的成長速度確實(shí)不錯，對此，孫毅不無驕傲，“MPS 在 DC/DC、AC/DC 轉(zhuǎn)換，以及照明、電機(jī)驅(qū)動、電池管理、電源模塊等各個領(lǐng)域共有一千多款產(chǎn)品，數(shù)量還在不斷增加，我們每年的研發(fā)投入也是非常大的。2017 年 MPS 實(shí)現(xiàn)年復(fù)合增長率 21.2%，而整個模擬芯片行業(yè)平均增長率約為 10.9%，可見我們有非常顯著的增長曲線。”

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模塊化是重要趨勢
從電源芯片的創(chuàng)新方向，近幾年我們看到的主要是圍繞一些新材料展開，除此之外，模塊化成為一個重要的趨勢，如何實(shí)現(xiàn)低功耗、小尺寸、高集成度、高功率密度成了電源廠商普遍的課題，MPS 此次帶來的 MPM3695-25 就是這樣一款 DC/DC 數(shù)字電源模塊產(chǎn)品。
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MPM3695-25 的產(chǎn)品特性

而這種模塊化的電源芯片產(chǎn)品對芯片廠商的工藝和封裝技術(shù)提出了不小的挑戰(zhàn)。

電源芯片的工藝進(jìn)程在多大程度上影響廠商的產(chǎn)品定義
如果說數(shù)字芯片包括 MCU、FPGA 等的工藝技術(shù)正在趨向集中，那么模擬和電源芯片的工藝卻是千差萬別，我們看到的一個現(xiàn)象是大多數(shù)字芯片廠商都是 Fabless 模式，而模擬廠商尤其是規(guī)模較大的模擬廠商基本都有自己的制造工廠，這從一個角度說明了，對于模擬和電源產(chǎn)品而言，工藝的配合顯得格外重要。

孫毅提到，“MPS 采用一種 Fablite 的合作方式，雖然沒有自己的制造和封裝廠，但是我們跟固定的代工合作伙伴有非常深度的合作，會有駐場工程師在晶圓廠、封裝廠里，用我們自己的工藝和封裝來生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)一種深度的定制?！?/p>

在工藝技術(shù)上，目前電源產(chǎn)品的主要工藝技術(shù)包括 Bipolar、CMOS、BiCMOS、BCDMOS 等，孫毅介紹，MPS 主要采用 BCDMOS 工藝，在幾年前就實(shí)現(xiàn)了高良率的 90nm 工藝節(jié)點(diǎn)，且正在開發(fā)更小尺寸的工藝技術(shù)。

其工藝技術(shù)的一個優(yōu)勢，可以用一個例子來說明。傳統(tǒng)多芯片模塊通常會采用一個 DrMOS 的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動芯片提供柵極驅(qū)動的功能，這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有一個比較顯著的問題是，當(dāng)驅(qū)動信號到達(dá)，要開通整個 MOSFET，是有一定的延時的，這是由物理位置造成的，讓系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)真正的高速導(dǎo)通。也因此讓死區(qū)時間即上管和下管之間的控制時間比較長，否則可能會出現(xiàn)上下管擊穿。而 MPS 借助獨(dú)有的單晶元技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)，即分布式柵極驅(qū)動，將 MOS 驅(qū)動器分成了一個個小的單元，每個小的驅(qū)動單元分別與一個 MOSFET 對應(yīng)起來，這樣當(dāng)有驅(qū)動信號時，MOSFET 幾乎可以同時開通，大大降低了延遲時間，提高開關(guān)速度，將死區(qū)時間降低到 2ns 以內(nèi)，最大限度地減少開關(guān)損耗和寄生感應(yīng)振鈴，效率也大大提升。而這種新結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)就得益于 MPS 先進(jìn)的工藝技術(shù)，因?yàn)檫@種分布式的柵極驅(qū)動會有更多寄生參數(shù)產(chǎn)生，對工藝技術(shù)的要求更苛刻。對此，孫毅提到，“傳統(tǒng)的工藝都是用垂直溝道式的結(jié)構(gòu)，我們公司特別開發(fā)的也是最早采用了平面式的溝道結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以更好地消除寄生參數(shù)的影響”

同樣是 BCDMOS 工藝，針對不同的產(chǎn)品系列，MPS 有不同的工藝技術(shù)相對應(yīng)。

封裝技術(shù)如何助力芯片小型化
在封裝技術(shù)方面，每個電源芯片廠商也幾乎都有自己的專利技術(shù)，而大家的技術(shù)攻關(guān)方向主要圍繞更小尺寸、更輕薄以及實(shí)現(xiàn)更好的散熱和降低成本等方面。對此，孫毅表示，“傳統(tǒng)電源模塊大量采用金線鍵合技術(shù)，這種技術(shù)遇到的一個挑戰(zhàn)是因?yàn)橛芯€的存在就會產(chǎn)生寄生參數(shù)，而 MPS 是最早開始采用獨(dú)特的芯片倒裝封裝技術(shù)的廠商之一。這種芯片倒裝封裝技術(shù)將芯片倒置，從原來的的接觸點(diǎn)在頂面變成接觸點(diǎn)在下面，在這些接觸點(diǎn)上通過銅柱凸塊來實(shí)現(xiàn)連接。與金線鍵合技術(shù)相比，芯片倒裝封裝的可靠性更高，尺寸更小，散熱也更好。因?yàn)殂~柱凸塊更粗，產(chǎn)生的寄生電感會更小，響應(yīng)也會更快。同時銅材料的成本也要比金線低很多。”

這種芯片倒裝封裝的優(yōu)勢可以從最新的數(shù)字電源模塊產(chǎn)品 MPM3695-25 身上得到體現(xiàn)，這款新產(chǎn)品尺寸、面積、高度都要優(yōu)于競爭對手的產(chǎn)品。

芯片倒裝工藝

MPM3695-25 與競爭對手產(chǎn)品的對比

MPS 所面向的工業(yè)、通信和汽車市場是被很多電源芯片廠商看好的高增長領(lǐng)域，隨著工業(yè) 4.0、5G 通信以及電動汽車、輔助駕駛等新技術(shù)新應(yīng)用的刺激，相信這些領(lǐng)域未來的產(chǎn)品競爭會愈加激烈，而從產(chǎn)品層面，工藝和封裝技術(shù)對于一個電源芯片廠商的價值會更加凸顯。對此，MPS 顯然信心滿滿。

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